JP4434825B2

JP4434825B2 - インパルス波形生成装置

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Publication number: JP4434825B2
Application number: JP2004127854A
Authority: JP
Inventors: 政博三村; 和晃高橋; 卓藤田
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-05-08
Filing date: 2004-04-23
Publication date: 2010-03-17
Anticipated expiration: 2024-04-23
Also published as: US7164900B2; US20040224656A1; US20070087715A1; US8060044B2; JP2004357285A

Description

本発明は、主としてＵＷＢ（Ultra Wide Band）等のインパルスによる無線通信機器に適用されるインパルス波形生成装置に関する。

昨今、移動体通信分野では、高速かつ低消費電力を実現する通信方式として、ＵＷＢ等のインパルスによる無線通信技術が注目されている。

図１１（ａ）、（ｂ）は、従来のバイフェーズ変調を用いたＵＷＢ通信装置の構成を示すブロック図である（たとえば、非特許文献１参照）。図１１（ａ）に示す送信機は、インパルス発生手段１０１により一定時間毎に非常に短い単一パルスを発生し、ミキサ手段１０３により、送信データ１０２の極性に応じてインパルスの極性を変化させることでバイフェーズ変調を行う。バイフェーズ変調波は、インパルス整形フィルタ１０４により所望の帯域信号として送信アンテナ１０５より送出される。

図１１（ｂ）に示す受信機は、受信アンテナ１０６により受信された信号を、ＬＮＡ１０７により所望の強度まで増幅し、受信信号を前記送信手段におけるパルス間隔の信号遅延を生じる遅延手段１０８を通した受信信号とミキサ手段１０９により混合する遅延検波により、隣接パルス間の符号変化を検出する。検出結果は、データ復調手段１１０においてディジタル的な処理を施され、送信データを再生する。

このような構成のＵＷＢ式は、従来の搬送波を用いた通信方式に比べ、以下のような利点がある。
（１）低消費電力
常に連続的な出力を必要とする搬送波を用いない方式であるため、送信に必要な電力が少ない。このため、機器の低消費電力化が可能となる。
（２）小型、安価
ＶＣＯ、ＲＦフィルタ等のＣＭＯＳによるＩＣ化が難しいアナログＲＦ部品が不要であり、また線形性が必要とされる回路構成ではないため、ＣＭＯＳによるＩＣ化に適しており、機器の小型化、低廉化が容易である。
（３）高速インパルスを用いた通信であることから周波数帯域が非常に広いため、高速なデータ通信が可能である。マイクロ波帯（３ＧＨｚ〜１０ＧＨｚ）を用いたＵＷＢ通信は、１００Ｍｂｐｓ程度の高速データ通信が可能とされている。
Intel Technology Journal Q2, 2001 "Ultra-Wideband Technology for Short- or Medium-Range Wireless Communications" インターネット＜ＵＲＬ： HYPERLINK http://www.intel.com/technology/itj/q22001/articles/art_4.htm http://www.intel.com/technology/itj/q22001/articles/art_4.htm＞

図１１（ａ）、（ｂ）に示す回路方式はＩＣ化に適した回路構成といえるが、送信帯域制限を施すインパルス整形フィルタ１０４はＲＦ周波数帯のフィルタであり、一般にＳＡＷ等のＲＦ素子が用いられることが多く、ＩＣ化が困難である。

したがって、回路全体をＩＣ化するためには、回路構成からインパルス整形フィルタ１０４を除く必要があり、そのためにはインパルス発生手段１０１においてあらかじめ帯域制限された波形を形成することができればよい。

一般に、任意の帯域周波数として、帯域の中心周波数Ｆ０、帯域幅Ｗのインパルス波形
Ｆ（ｔ）は（数１）で定義される。

従って、たとえば、図１２に示すように、矩形波発振手段１１１からの矩形波のタイミングで、記憶手段１１３に記憶されている波形テーブルに応じた電圧値をＤ／Ａコンバータ１１２で発生させて、インパルス波形Ｆ（ｔ）をＤ／Ａコンバータ１１２により生成する構成により、インパルス整形フィルタを必要としない、ＩＣ化に適した回路構成が可能となる。

しかし、この構成では、Ｄ／Ａコンバータ１１２で生成するインパルス波形の帯域周波数の数倍のサンプリングレートが必要となる。たとえば、３ＧＨｚから１０ＧＨｚまでを帯域とするインパルス波形を生成するためには、数１０ＧＨｚのサンプリングレートが必要となる。

現在のデバイス技術ではこのような高周波数での動作が可能なＤ／Ａコンバータは存在せず、また将来的に可能になったとしても、スイッチング周波数の高さから、消費電流の低減は難しいものと考えられる。即ち、ＵＷＢの最大の利点である、低消費電力の実現が困難になるという課題がある。

本発明の目的は、Ｄ／Ａコンバータの動作を従来必要とされていた周波数よりも低くすることで、低消費電力化を実現することである。
また、消費電力を抑えてＩＣ化が可能な回路構成を実現し、ＩＣ化による機器の小型化と同時に低消費電力化が可能な回路方式を実現することである。

上記目的を達成するための、本発明の技術的解決手段は、生成するインパルスの周波数帯域における中心周波数Ｆ０の基準信号を発生する発振手段と、前記基準信号を９０度移相するタイミング整合手段と、移相信号の周波数を分周し、生成するインパルスの周波数幅Ｗの周波数成分をもつタイミング信号を得る分周手段と、波形の形状テーブルを蓄積する記憶手段と、前記形状テーブルの情報に従って前記タイミング信号に同期して波形を形成する波形形成手段と、波形形成手段の出力信号からエンベロープ信号を得る低域通過フィルタと、前記基準信号の振幅を前記エンベロープ信号の値により振幅を変化させる波形生成手段を備えたものである。

本発明の構成によると、従来の構成ではインパルス波形の送信帯域の上限周波数の数倍が必要であったＤ／Ａコンバータの動作周波数は、たかだか送信帯域の帯域幅の半値程度で良くなる。また、Ｄ／Ａコンバータの動作周波数は、消費電力と比例するため、従来よりも低消費電力な回路が実現できる。

本発明の請求項１に記載の発明は、生成するインパルスの周波数帯域における中心周波数の基準信号を発生する発振手段と、前記基準信号を９０度移相した移相信号を発生するタイミング整合手段と、前記移相信号の周波数を分周し、生成するインパルスの周波数幅の周波数成分をもつタイミング信号を得る分周手段と、あらかじめ定められた波形の形状テーブルの情報に従って、前記タイミング信号に同期して波形を形成する波形形成手段と
、前記波形形成手段の出力信号から不要な高調波成分を除去してエンベロープ信号を生成する低域通過フィルタと、前記エンベロープ信号の値に対応して前記基準信号の振幅を変化させる波形生成手段とを備えることを特徴とするインパルス波形生成装置としたものであり、波形形成手段をたかだか送信帯域の帯域幅の半値程度の低い周波数で動作させて帯域制限インパルス波形の生成を可能にするという作用を有する。

本発明の請求項２に記載の発明は、生成するインパルスの周波数帯域における中心周波数の矩形波信号を発生する発振手段と、前記矩形波信号を９０度移相した移相信号を発生するタイミング整合手段と、前記移相信号の周波数を分周し、生成するインパルスの周波数幅である周波数成分を持つタイミング信号を得る分周手段と、あらかじめ定められた波形の形状テーブルの情報に従って、前記タイミング信号に同期して波形を形成する波形形成手段と、前記波形形成手段の出力信号から不要な高調波成分を除去してエンベロープ信号を得る第１の低域通過フィルタと、前記矩形波信号の基底周波数成分を濾波することにより前記中心周波数の基準信号を得る第２の低域通過フィルタと、前記エンベロープ信号の値に対応して前記基準信号の振幅を変化させる波形生成手段とを備えることを特徴とするインパルス波形生成装置としたものであり、ディジタルＩＣに適した回路構成を得ることができる。

本発明の請求項３に記載の発明は、生成するインパルスの周波数帯域における中心周波数の２倍の周波数の信号を発生する発振手段と、前記発振手段の出力信号の周波数を１／２分周して前記中心周波数の基準信号を得る１／２分周手段と、前記基準信号を１／Ｎ分周して、生成するインパルスの周波数幅である周波数成分を持つタイミング信号を得る分周手段と、あらかじめ定められた波形の形状テーブルの情報に従って、前記タイミング信号に同期して波形を形成する波形形成手段と、前記波形形成手段の出力信号から不要な高調波成分を除去してエンベロープ信号を得る第１の低域通過フィルタと、前記基準信号と前記発振手段の出力信号を乗算して前記基準信号と９０度位相の異なる信号成分を含む信号を得るミキサ手段と、前記ミキサ手段の出力信号から周波数Ｆ０の成分を濾波して基準信号と９０度位相の異なる移相信号を得る第２の低域通過フィルタと、前記基準信号と９０度位相の異なる移相信号の振幅を前記エンベロープ信号の値により変化させる波形生成手段とを備えることを特徴とするインパルス波形生成装置としたものであり、従来よりも低い周波数で動作する波形形成手段を用い、帯域制限インパルス波形の生成を可能にするという作用を有する。

本発明の請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のインパルス波形生成装置において、前記発振手段の代わりに矩形波を発生する矩形波発生手段を設け、前記ミキサ手段の代わりに２値による乗算演算する乗算手段を設けることを特徴とするものであり、ディジタルＩＣに適した回路構成を得ることができる。

本発明の請求項５に記載の発明は、生成するインパルスの周波数帯域における中心周波数の基準信号を発生する発振手段と、前記基準信号を９０度移相した移相信号を発生するタイミング整合手段と、前記移相信号の周波数を分周し、生成するインパルスの周波数幅の周波数成分をもつタイミング信号を得る第１の分周手段と、あらかじめ定められた波形の形状テーブルの情報に従って、前記タイミング信号に同期して波形を形成する波形形成手段と、前記移相信号の周波数を分周する第２の分周手段と、前記波形形成手段の出力と前記第２の分周手段の出力を混合するミキサ手段と、前記ミキサ手段の出力信号から不要な高調波成分を除去してエンベロープ信号を得る低域通過フィルタと、前記エンベロープ信号の値に対応して前記基準信号の振幅を変化させる波形生成手段とを備えることを特徴とするインパルス波形生成装置としたものであり、波形形成手段の動作周波数をさらに低い周波数で動作させて帯域制限インパルス波形の生成を可能にするという作用を有する。

本発明の請求項６に記載の発明は、生成するインパルスの周波数帯域における中心周波数Ｆ０の２倍の周波数の矩形波信号を発生する矩形波発生手段と、前記矩形波発生手段の出力信号の周波数を１／２分周して周波数Ｆ０の基準信号を得る１／２分周手段と、前記基準信号を１／Ｎ分周して、生成するインパルスの周波数幅である周波数成分を持つタイミング信号を得る第１の分周手段と、あらかじめ定められた波形の形状テーブルの情報に従って、前記タイミング信号に同期して波形を形成する波形形成手段と、前記矩形波発生手段の出力信号の周波数を１／Ｍ分周する第２の分周手段と、前記波形形成手段の出力と前記第２の分周手段の出力を混合するミキサ手段と、前記ミキサ手段の出力信号から不要な高調波成分を除去してエンベロープ信号を得る第１の低域通過フィルタと、前記基準信号と前記矩形波発生手段の出力信号を２値による乗算演算する乗算手段と、前記乗算手段の出力信号から周波数Ｆ０の成分を濾波して基準信号と９０度位相の異なる移相信号を得る第２の低域通過フィルタと、前記基準信号と９０度位相の異なる移相信号の振幅を前記エンベロープ信号の値により変化させる波形生成手段とを備えることを特徴とするインパルス波形生成装置としたものであり、波形形成におけるＤ／Ａコンバータの動作周波数を一層小さくすることができるとともに、発振手段を線形性の必要のないディジタル回路によるクロック回路で構成できるので、よりディジタルＩＣ化に適した構成とすることができるという作用を有する。

本発明の請求項７に記載の発明は、請求項１、２および５のいずれかに記載のインパルス波形生成装置において、前記タイミング整合手段が中心周波数において９０度移相器であることを特徴とするものであり、良く知られているように、ＲＣ回路等で簡易に構成できるため、ＩＣ化に適した構成とする事ができるという作用を有する。

本発明の請求項８に記載の発明は、請求項１、２および５のいずれかに記載のインパルス波形生成装置において、前記タイミング整合手段が中心周波数において１／４波長分の時間遅延素子であることを特徴とするものであり、低消費電力であり、かつ正確な９０度移相器が構成できるという作用を有する。

本発明の請求項９に記載の発明は、請求項１から６のいずれかに記載のインパルス波形生成装置において、前記波形生成手段がミキサ手段または可変ゲイン増幅器のいずれかであることを特徴とするものであり、ＩＣ化に適した構成とすることができるという作用を有する。

本発明の請求項１０に記載の発明は、請求項１から６のいずれかに記載のインパルス波形生成装置において、前記波形形成手段は、波形の形状テーブルを蓄積する記憶手段と、前記波形の形状テーブルの情報に従って前記タイミング信号に同期して波形を形成するＤ／Ａコンバータを備える構成であることを特徴とするものであり、所望の波形を高精度に生成できるという作用を有する。

本発明の請求項１１に記載の発明は、請求項１から６のいずれかに記載のインパルス波形生成装置において、前記波形形成手段は、出力すべき全ての電圧値を発生する多電圧供給手段と、前記波形の形状テーブルの情報に則った順番で、前記多電圧供給手段において発生した電圧を選択するスイッチ手段を備える構成であることを特徴とするものであり、Ａ／Ｄコンバータを利用した回路よりも簡易な回路構成を得ることができる。

本発明の請求項１２に記載の発明は、請求項１から６のいずれかに記載のインパルス波形生成装置において、前記波形の形状テーブル情報を複数用意し、送信帯域に応じて前記波形形成手段に供給する波形の形状テーブルを切り替えることを特徴とするものであり、インパルスの周波数帯域を可変にすることができるという作用を有する。

本発明の請求項１３に記載の発明は、請求項１から６のいずれかに記載のインパルス波形生成装置において、前記発振手段が、外部から供給される発振周波数制御信号により発振周波数を変化する構成であることを特徴とするものであり、他の狭帯域通信システムとの干渉が問題となる場合において、発振周波数を変化させることにより、干渉の影響を緩和できるという作用を有する。

本発明の請求項１４に記載の発明は、請求項１から６のいずれかに記載のインパルス波形生成装置において、前記発振手段が、インパルス波形を発生する時のみ信号を発生することを特徴とするものであり、送信における消費電力を削減することができるという作用を有する。

本発明の請求項１５に記載の発明は、請求項１、２および５のいずれかに記載のインパルス波形生成装置において、前記タイミング整合手段が、抵抗、コンデンサおよびバラクタからなる遅延時間の調整可能な遅延回路を備える構成を特徴とするものであり、温度変化等の外乱により、回路の遅延時間に変動があった場合にも、遅延時間を適正に調整する事ができる手段を提供するという作用を有する。

本発明のインパルス波形生成装置によれば、Ｄ／Ａコンバータの動作を従来必要とされていた周波数よりも低くする事で、低消費電力化を実現することできるという効果を有する。

また、ＣＭＯＳ等のディジタルＩＣ化に適した回路構成を提供する事で、小型化、低消費電力化を実現することできるという効果を有する。

以下、本発明の実施の形態について、図１から１０を用いて説明する。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１によるインパルス波形生成装置のブロック図である。図１において発振手段１は一定振幅を有し、生成すべきインパルス波形の周波数帯域における中心周波数Ｆ０の基準信号２を発生する。基準信号２は、タイミング整合手段３と、波形生成手段１０に供給される。タイミング整合手段３は、基準信号２から周波数Ｆ０において９０度位相の異なる移相信号４を生成し分周手段５に供給する。タイミング整合手段３としては、周波数Ｆ０における９０度移相器または周波数Ｆ０における１／４波長分の時間遅延素子を使用することができる。分周手段５は、一般に分周器と呼ばれているものであり、移相信号４を１／Ｎ分周し、周波数がＦ０／Ｎのタイミング信号６を波形形成手段７に供給する。波形形成手段７は、図２（ａ）に示す構成で実現できる回路であり、タイミング信号６のタイミングで、記憶手段１６に記録された出力すべき波形テーブルに応じた電圧値をＤ／Ａコンバータ１５により発生し、低域通過フィルタ９に供給するものである。

波形生成手段１０は、低域通過フィルタ９の出力信号と基準信号２を乗算することにより、中心周波数がＦ０、周波数帯域がＦ０／Ｎのインパルス１１を生成する。波形生成手段１０は、図３（ａ）に示すミキサ手段２５を用いるが、図３（ｂ）に示すような可変ゲイン増幅器２６を用いる構成でも良い。

なお、タイミング整合手段３は、低域通過フィルタ９の出力信号と、基準信号２の位相関係を直交させるために用いるものであるが、実際には分周手段５、波形形成手段７、低域通過フィルタ９における信号遅延を勘案してタイミング整合をおこなう。

図４は、タイミング整合手段３の構成例である。図４において、バラクタ３５、容量３６および抵抗３７により構成される低域通過フィルタは積分回路として作用し、入力信号を遅延させる。信号遅延量は、電圧源３８により印加される電圧により調整可能である。

つぎに、波形生成の詳細について図５を使って説明する。

前述したように帯域の中心周波数Ｆ０、帯域幅Ｗのインパルス波形Ｆ（ｔ）は、（数１）で定義される。即ち、所望のインパルス波形として、周波数ＦＬから周波数ＦＨまでの周波数帯域をもつインパルスを仮定した場合、帯域の中心周波数Ｆ０および帯域幅Ｗが（数２）を満たすようにＦ（ｔ）を発生すれば良い。

ここで、帯域幅Ｗを帯域の中心周波数Ｆ０の整数分の１（１／Ｎ）として（数３）とした場合、Ｆ（ｔ）は（数４）となり、Ｃｏｓの項の（周波数Ｆ０の基準信号）と、Ｓｉｎを含む項の（時間的に振幅の変動する、基準信号２を周波数Ｆ０において９０度移相した信号のＮ分周信号）の乗算であらわされる。

たとえばＮ＝２とした場合、Ｆ（ｔ）は図５（ｃ）、ｓｉｎの項は図５（ｂ）、ｃｏｓの項は図５（ａ）のような波形となる。

ここで、ｓｉｎの項を波高値により規定し、波形形成手段７で波高値を設定する。このとき、波形形成手段７の出力信号が矩形に近くなることにより発生する高調波成分は低域通過フィルタ９により除去する。この場合、低域通過フィルタ９のカットオフ周波数は、分周信号６の周波数の１／２程度にする必要がある。

この結果、図１における基準信号２は図５（ａ）、図３における低域通過フィルタ９の出力信号は図５（ｂ）に近い信号となり、波形生成手段１０において乗算された信号は、図５（ｃ）に示した波形に近い信号を得ることができる。

以上述べた波形生成過程により、図１に示した回路構成で、帯域幅Ｗを帯域の中心周波数Ｆ０の整数分の１としたインパルス波形を生成することができる。

なお、波形形成手段７として図２（ａ）に示す構成で説明したが、図２（ｂ）に示すよ
うに、波形テーブルに必要な電圧を発生する多電圧供給手段１７と、記憶手段１６に蓄積された波形テーブルの情報に則った順番で、多電圧供給手段１７において発生した電圧のうちの１つをスイッチ１８で選択し、波形形成手段１０の出力信号とする構成としても良い。この場合、図２（ａ）のＤ／Ａコンバータ１５を用いた構成よりも回路規模が小さくなるため、図２（ａ）に示した構成に比べ、消費電力の低減が可能となる。

（実施の形態２）
図６は本発明の実施例２によるインパルス波形生成装置のブロック図である。本実施の形態は、図１における発振手段１が発生する基準信号２を矩形波とすることにより、発振手段１の回路構成のＩＣ化を簡易にすることを目的とする実施例である。図６において、図１と異なるのは、発振手段１が矩形波を供給することと、発振手段１と波形生成手段１０との間に第２の低域通過フィルタ２１を設けたことである。

第２の低域通過フィルタ２１は、カットオフ周波数をＦ０程度として、基底の周波数Ｆ０の正弦波を得るものである。本実施の形態においては、発振手段１が正弦波を発生する必要がなくなるため、発振手段１をディジタル回路によるクロック回路に置き換える事ができる。また、タイミング整合手段３と分周手段５も、ディジタル回路による構成が可能となる。その他の構成および動作は実施の形態１と同様である。

図６に示す構成により、よりディジタルＩＣ化に適した構成で、図１と同等の動作が可能なインパルス波形生成装置が得られる。

（実施の形態３）
図７は本発明の実施の形態３によるインパルス波形生成装置のブロック図である。本実施の形態は、図１の構成において、より容易な構成により正確な９０度移相信号を得ることを目的とした実施例である。図７において図１と異なるのは発振手段１の周波数を２Ｆ０とすることと、タイミング整合手段３の代わりに１／２分周手段３１とミキサ手段３２を設け、さらに、第２の低域通過フィルタ２１を設けたことである。

１／２分周手段３１が基準信号２を遅延なく分周した場合、基準信号２と１／２分周手段３１の出力信号である移相信号４（１／２分周手段３１の出力は第２の低域通過フィルタ２１の出力信号に対して９０度移相しているため移相信号という用語を使用したが、１／２分周手段３１自体は移相の動作を行うものではない。）をミキサ手段３２により混合した信号は、基底信号周波数がＦ０で、移相信号４と９０度位相の異なる信号となる。ミキサ手段３２の出力信号には不要周波数成分が含まれるので、第２の低域通過フィルタ２１により不要周波数成分を除去して所望の基底周波数成分のみを取り出す。その他の構成および動作は実施の形態１と同様である。

この構成では、９０度移相の精度は基準信号２のデューテイ比によって決定されるため、図１の回路に比べ、９０度移相の精度を上げる事が容易である。

（実施の形態４）
図８は本発明の実施の形態４によるインパルス波形生成装置のブロック図である。本実施の形態は、実施の形態３における図７に示した回路をＩＣ化に適したディジタル回路により構成した場合の実施例である。図８において、図７と異なるのは、発振手段１を矩形波を発生する矩形波発振手段とし、ミキサ手段３２の代わりに排他的論理和回路等の２値により乗算演算を行う乗算手段４１を設けたことである。その他の構成および動作は実施の形態３と同様である。

本実施の形態によれば、発振手段１が正弦波を発生する必要がなくなり、線形性の必要
のないディジタル回路によるクロック回路に置き換える事ができる。このため、よりディジタルＩＣ化に適した構成で、図７と同等の動作が可能なインパルス波形生成装置が得られる。

（実施の形態５）
実施の形態５は、実施の形態１〜実施の形態４における発振手段１の発振周波数を外部信号により変更できる構成とし、他の狭帯域通信システムとの干渉条件を緩和した実施例である。

実施の形態１〜実施の形態４において生成されるインパルス波形は、櫛歯状の周波数成分をもつ。このため、送信信号の周波数帯域としては広帯域に分布しているが、周波数スペクトラムとして存在するのは、離散的な周波数成分であり、その間隔は従来の狭帯域通信における帯域周波数よりも広い。そこで、インパルスの周波数成分は、Ｆ０に基づいて決定される点に着目し、Ｆ０の周波数を外部から供給される発振周波数制御信号により微小に変化させ、周囲の狭帯域通信が存在しない周波数に周波数スペクトラムを移動させる。これにより、狭帯域システム間の与干渉、或いは被干渉を小さくすることができる。

（実施の形態６）
実施の形態６は、実施の形態１〜実施の形態４における発振手段１の発振周波数を常に変動する構成とし、他の狭帯域通信システムとの干渉条件を緩和した実施例である。

実施の形態１〜実施の形態４におけるインパルスは、広帯域信号であるため、送受信における周波数誤差許容度の絶対値は、狭帯域通信に比べ大きい。つまり、微小な周波数変動であれば、波形に影響は少ない。そこで、発振周波数Ｆ０を外部信号により常に変動させる構成とすれば、狭帯域システムに対する与干渉、あるいは狭帯域システムからの被干渉の影響を一時的なものとすることができる。

本実施の形態の構成により、干渉による影響が一時的なものとすれば、たとえば適当な誤り訂正技術の適用により、干渉による特性劣化を緩和することができる。

（実施の形態７）
図９は本発明の実施の形態７によるインパルス波形生成装置のブロック図である。本実施の形態は、図１の構成において波形形成手段７におけるＤ／Ａコンバータの動作周波数を一層小さくすることを目的とした実施例である。図９において図１と異なるのは第２の分周手段５１を設け、第２の分周手段５１の出力５３と波形形成手段７の出力とをミキサ手段５２で混合することである。

第２の分周手段５１は、タイミング整合手段３の出力である移相信号４を１／Ｍ分周してミキサ手段５２に供給する。一方第１の分周手段５は、タイミング整合手段３の出力である移相信号４を１／Ｎ分周し、周波数がＦ０／Ｎのタイミング信号６を波形形成手段７に供給する。波形形成手段７の出力と第２の分周手段５１の出力はミキサ手段５２で混合されて低域通過フィルタ９に供給される。その他の構成および動作は実施の形態１と同様である。

本実施の形態においては、波形形成手段７におけるＤ／Ａコンバータの動作周波数を一層小さくすることができる。

（実施の形態８）
図１０は本発明の実施の形態８によるインパルス波形生成装置のブロック図である。本実施の形態は、図８の構成において、波形形成手段７におけるＤ／Ａコンバータの動作周
波数を一層小さくすることを目的とした実施例である。図１２において図１０と異なるのは第２の分周手段５１を設け、第２の分周手段５１の出力５３と波形形成手段７の出力とをミキサ手段５２で混合することである。

第２の分周手段５１は、１／２分周手段３１の出力である移相信号４を１／Ｍ分周する。一方第１の分周手段５は、１／２分周手段３１の出力である移相信号４を１／Ｎ分周して周波数がＦ０／Ｎのタイミング信号６を波形形成手段７に供給する。波形形成手段７の出力と第２の分周手段５１の出力５３はミキサ手段５２で混合されて低域通過フィルタ９に供給される。その他の構成および動作は実施の形態４と同様である。

本実施の形態においては、波形形成手段７におけるＤ／Ａコンバータの動作周波数を一層小さくすることができるとともに、発振手段１を線形性の必要のないディジタル回路によるクロック回路で構成できるので、よりディジタルＩＣ化に適した構成とすることができる。

以上説明した実施の形態１〜８における波形形成手段７において、記憶手段１６に記憶させる波形テーブルを複数用意し、適宜利用する波形テーブルを変更することにより、生成するインパルスの送信周波数帯域を可変とすることができる。このことにより、通信容量が必要な場合には広帯域に、また、広範囲への通信が必要な場合には帯域を狭めたインパルス波形を適宜選択して適用することができ、全体的な通信品質の向上が実現される。

また、実施の形態１〜８においては、説明の簡単のため、発振手段１を常時一定振幅の信号を発生するものとして説明したが、必ずしも連続的に信号を発振させる必要はなく、発振手段１として例えばインパルス信号を発生する時のみ信号を発生させる間欠的発振手段、たとえば、タンク回路を利用した発振手段のような構成を使用してもよい。ただし、この場合は発振手段１の発振開始における立ち上がり、あるいは発振停止の立ち下がりにおいて、発振信号の振幅が一定しないことが予想される。そこで、立ち上がりあるいは立ち下がりにおける振幅の補正値をあらかじめ記憶手段１６の波形テーブルに加えておく事により、同等の動作が可能である。このように間欠的に発振信号を発生する構成により、常時信号を発生する構成に比べ、さらに低消費電力化が可能になる。

本発明はインパルス波形生成装置に有用であり、ＵＷＢ等のインパルスによる無線通信機器に適している。

本発明の実施の形態１におけるインパルス波形生成装置のブロック図（ａ）、（ｂ）各々本発明の実施の形態におけるインパルス波形生成装置の波形形成手段の構成を示すブロック図（ａ）、（ｂ）各々本発明の実施の形態におけるインパルス波形生成装置の波形生成手段の構成を示す回路図本発明の実施の形態におけるインパルス波形生成装置のタイミング整合手段の構成を示す回路図（ａ）〜（ｃ）各々本発明の実施の形態１におけるインパルス波形生成装置の動作を説明するためのインパルス波形の生成過程の一例を示す特性図本発明の実施の形態２におけるインパルス波形生成装置のブロック図本発明の実施の形態３におけるインパルス波形生成装置のブロック図本発明の実施の形態４におけるインパルス波形生成装置のブロック図本発明の実施の形態７におけるインパルス波形生成装置のブロック図本発明の実施の形態８におけるインパルス波形生成装置のブロック図（ａ）、（ｂ）従来のＵＷＢ送受信機の構成を示すブロック図従来の送信インパルス波形形成手段の構成を示すブロック図

符号の説明

１発振手段
３タイミング整合手段
５、５１分周手段
７波形形成手段
９、２１低域通過フィルタ（ＬＰＦ）
１０波形生成手段
１５Ｄ／Ａコンバータ
１６記憶手段
１７多電圧供給手段
１８スイッチ
２５、３２、５２ミキサ手段
２６可変ゲイン増幅器
３１１／２分周手段
４１乗算手段
１０１インパルス発生手段
１０２送信データ
１０３ミキサ手段
１０４インパルス整形フィルタ
１０５送信アンテナ
１０６受信アンテナ
１０７ＬＮＡ
１０８遅延手段
１０９ミキサ手段
１１０データ復調手段
１１１矩形波発振手段
１１２Ｄ／Ａコンバータ
１１３記憶手段

Claims

生成するインパルスの周波数帯域における中心周波数の基準信号を発生する発振手段と、前記基準信号を９０度移相した移相信号を発生するタイミング整合手段と、前記移相信号の周波数を分周し、生成するインパルスの周波数幅の周波数成分をもつタイミング信号を得る分周手段と、あらかじめ定められた波形の形状テーブルの情報に従って、前記タイミング信号に同期して波形を形成する波形形成手段と、前記波形形成手段の出力信号から不要な高調波成分を除去してエンベロープ信号を生成する低域通過フィルタと、前記エンベロープ信号の値に対応して前記基準信号の振幅を変化させる波形生成手段とを備えることを特徴とするインパルス波形生成装置。
生成するインパルスの周波数帯域における中心周波数の矩形波信号を発生する発振手段と、前記矩形波信号を９０度移相した移相信号を発生するタイミング整合手段と、前記移相信号の周波数を分周し、生成するインパルスの周波数幅である周波数成分を持つタイミング信号を得る分周手段と、あらかじめ定められた波形の形状テーブルの情報に従って、前記タイミング信号に同期して波形を形成する波形形成手段と、前記波形形成手段の出力信号から不要な高調波成分を除去してエンベロープ信号を得る第１の低域通過フィルタと、前記矩形波信号の基底周波数成分を濾波することにより前記中心周波数の基準信号を得る第２の低域通過フィルタと、前記エンベロープ信号の値に対応して前記基準信号の振幅を変化させる波形生成手段とを備えることを特徴とするインパルス波形生成装置。
生成するインパルスの周波数帯域における中心周波数の２倍の周波数の信号を発生する発振手段と、前記発振手段の出力信号の周波数を１／２分周して前記中心周波数の基準信号を得る１／２分周手段と、前記基準信号を１／Ｎ分周して、生成するインパルスの周波数幅である周波数成分を持つタイミング信号を得る分周手段と、あらかじめ定められた波形の形状テーブルの情報に従って、前記タイミング信号に同期して波形を形成する波形形成手段と、前記波形形成手段の出力信号から不要な高調波成分を除去してエンベロープ信号を得る第１の低域通過フィルタと、前記基準信号と前記発振手段の出力信号を乗算して前記基準信号と９０度位相の異なる信号成分を含む信号を得るミキサ手段と、前記ミキサ手段の出力信号から周波数Ｆ０の成分を濾波して基準信号と９０度位相の異なる移相信号を得る第２の低域通過フィルタと、前記基準信号と９０度位相の異なる移相信号の振幅を前記エンベロープ信号の値により変化させる波形生成手段とを備えることを特徴とするインパルス波形生成装置。
前記発振手段の代わりに矩形波を発生する矩形波発生手段を設け、前記ミキサ手段の代わりに２値による乗算演算する乗算手段を設けることを特徴とする請求項３に記載のインパルス波形生成装置。
生成するインパルスの周波数帯域における中心周波数の基準信号を発生する発振手段と、前記基準信号を９０度移相した移相信号を発生するタイミング整合手段と、前記移相信号の周波数を分周し、生成するインパルスの周波数幅の周波数成分をもつタイミング信号を得る第１の分周手段と、あらかじめ定められた波形の形状テーブルの情報に従って、前記タイミング信号に同期して波形を形成する波形形成手段と、前記移相信号の周波数を分周する第２の分周手段と、前記波形形成手段の出力と前記第２の分周手段の出力を混合するミキサ手段と、前記ミキサ手段の出力信号から不要な高調波成分を除去してエンベロープ信号を得る低域通過フィルタと、前記エンベロープ信号の値に対応して前記基準信号の振幅を変化させる波形生成手段とを備えることを特徴とするインパルス波形生成装置。
生成するインパルスの周波数帯域における中心周波数Ｆ０の２倍の周波数の矩形波信号を発生する矩形波発生手段と、前記矩形波発生手段の出力信号の周波数を１／２分周して周
波数Ｆ０の基準信号を得る１／２分周手段と、前記基準信号を１／Ｎ分周して、生成するインパルスの周波数幅である周波数成分を持つタイミング信号を得る第１の分周手段と、あらかじめ定められた波形の形状テーブルの情報に従って、前記タイミング信号に同期して波形を形成する波形形成手段と、前記矩形波発生手段の出力信号の周波数を１／Ｍ分周する第２の分周手段と、前記波形形成手段の出力と前記第２の分周手段の出力を混合するミキサ手段と、前記ミキサ手段の出力信号から不要な高調波成分を除去してエンベロープ信号を得る第１の低域通過フィルタと、前記基準信号と前記矩形波発生手段の出力信号を２値による乗算演算する乗算手段と、前記乗算手段の出力信号から周波数Ｆ０の成分を濾波して基準信号と９０度位相の異なる移相信号を得る第２の低域通過フィルタと、前記基準信号と９０度位相の異なる移相信号の振幅を前記エンベロープ信号の値により変化させる波形生成手段とを備えることを特徴とするインパルス波形生成装置。
前記タイミング整合手段が中心周波数において９０度移相器であることを特徴とする請求項１、２および５のいずれかに記載のインパルス波形生成装置。
前記タイミング整合手段が中心周波数において１／４波長分の時間遅延素子であることを特徴とする請求項１、２および５のいずれかに記載のインパルス波形生成装置。
前記波形生成手段がミキサ手段または可変ゲイン増幅器であることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のインパルス波形生成装置。
前記波形形成手段は、波形の形状テーブルを蓄積する記憶手段と、前記波形の形状テーブルの情報に従って前記タイミング信号に同期して波形を形成するＤ／Ａコンバータを備える構成であることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のインパルス波形生成装置。
前記波形形成手段は、出力すべき全ての電圧値を発生する多電圧供給手段と、前記波形の形状テーブルの情報に則った順番で、前記多電圧供給手段において発生した電圧を選択するスイッチ手段を備える構成であることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のインパルス波形生成装置。
前記波形の形状テーブル情報を複数用意し、送信帯域に応じて前記波形形成手段に供給する波形の形状テーブルを切り替えることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のインパルス波形生成装置。
前記発振手段が、外部から供給される発振周波数制御信号により発振周波数を変化する構成であることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のインパルス波形生成装置。
前記発振手段が、インパルス波形を発生する時のみ信号を発生することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のインパルス波形生成装置。
前記タイミング整合手段が、抵抗、コンデンサおよびバラクタからなる遅延時間の調整可能な遅延回路を備える構成を特徴とする請求項１、２および５のいずれかに記載のインパルス波形生成装置。